달에서 가져온 고티타늄 암석의 비밀, 52년만에 풀었다

1972년 미 항공우주국(NASA)의 아폴로17호 임무 동안 우주 비행사가 달 표면의 거대한 바위에서 암석 샘플을 채취하고 있는 모습./NASA 제공

1972년 미국의 마지막 달 탐사 임무를 수행한 아폴로17호가 달에서 현무암 샘플을 가져 왔다. 이 암석은 지구의 것과 달리 티타늄(Ti) 함량이 이례적으로 높았다. 연구자들은 달에서 이러한 고티타늄 암석이 형성된 비밀을 풀기위해 고군분투 해왔고, 이번에 암석이 생성되는 과정을 실험실에서 재현하는 데 성공했다.

영국 브리스톨대와 독일 뮌스터대 공동 연구팀은 달 표면에서 채취한 고티타늄 현무암의 형성 비밀을 풀었다고 15일(현지 시각) 밝혔다. 고티타늄 현무암이 형성돼 달 표면으로 분출되는 데 중요한 반응과 과정을 실험실에서 재현했다는 것이다. 연구팀은 “화산 달 암석의 기원은 원시 마그마 해양이 냉각되면서 생성된 불안정한 결정 더미”라고 했다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 지오사이언스’에 게재됐다.

아폴로17호가 가져온 달 표면의 암석 샘플에는 높은 농도의 티타늄이 포함돼 있었다. 1990년대 달 궤도 탐사선 ‘클레멘타인’ 등의 관측으로 달 광물 지도가 제작됐고, 이러한 암석이 달 표면에 널리 분포돼 있다는 사실이 밝혀지기도 했다. 하지만 어떻게 고티타늄 현무암이 달 표면에 존재할 수 있는지에 대해서는 설명하기 어려웠다.

연구팀은 고온 실험을 통해 고티타늄 현무암 마그마를 재현했다. 이렇게 재현한 마그마의 성분은 달에서 가져온 고티타늄 현무암의 동위원소와 특징이 일치했다. 고티타늄 현무암 마그마가 약 35억년 전에 달 내부에서 형성됐고, 마그마 속의 철(Fe) 성분이 주변 암석의 마그네슘(Mg) 성분과 교환되면서 마그마의 물리적, 화학적 특성이 변하며 분출된 것이다.

연구팀은 “지금까지 어떻게 고티타늄 마그마가 달 표면에 도달해 우주비행사가 채취할 수 있었는지 설명하는 것이 골치 아픈 문제였다”면서 “이제야 이러한 딜레마를 해결한 것”이라고 했다.